1斤木头燃烧后只剩下不到1两的灰,还有9两多的物质哪去了?

2022-05-19 10:48发布

1斤木头燃烧后只剩下不到1两的灰,还有9两多的物质哪去了?人类最伟大的成就是发现并学会了用火,从远古人用自然界的火种煮熟食物,驱赶野兽,到现代社会用火驱动汽车

1斤木头燃烧后只剩下不到1两的灰,还有9两多的物质哪去了?人类最伟大的成就是发现并学会了用火,从远古人用自然界的火种煮熟食物,驱赶野兽,到现代社会用火驱动汽车
10条回答
尉典羽天睿
2022-05-19 11:50

燃烧现象

燃烧现象应该可以是说人类最早接触到的化学现象。我们如今考古发现,距今180万年~130万年前,当时有个人种现在被称为匠人,他们就已经开始使用“火”了。对于火的使用大大促进了人类社会的发展。从此,人类可以吃上熟食,要知道那些没有煮熟的食物,无论是咀嚼还是消化都十分费力。

但如果我们仔细观测,许多燃烧现象都会出现这样的一个现象,那就是燃烧前后,质量丢失了许多。比如,10斤的木材点燃后,最后就会只剩下一小部分的残渣。

那为什么会丢失这部分质量呢?

这个问题虽然看似很简单,但实际上是有点复杂的。今天,我们就来聊一聊这个问题。

木材燃烧的化学反应

要了解这个问题,我们要先从木材说起。木材的主要成分是木质素、纤维素及半纤维素。

木材是一种复杂的有机物,从化学元素的角度来看,它的主要成分是碳,占比达到44%左右,氧占比达到42.5%左右,氢占比达到6%,剩余的元素占比都相对较少,比如:氮、硫、氯、硅、磷。

燃烧木材的本质其实就是碳、氢、氮等物质在空气中燃烧的化学过程。就拿碳来说,会生成一氧化碳和二氧化碳。

氢燃烧生成的是水,这个过程产生的水应该是水蒸气的形式。

而氮燃烧则生成的氮氧化物,硫燃烧生成硫化物,这些都属于对环境有害的化合物。但我们要注意的是,燃烧碳、氢、氮、硫所产生的物质其实都是气体。

也就是说,之所以我们会发现损式了大量的质量,实际上是主要的生成物是气体,它们都到了空气当中。其中二氧化碳和一氧化碳会加入到碳循环的当中,水蒸气则是加入到水循环当中。

如果我们有一个容器,这个容器不会和外界发生物质交换,并且容器内有充足的氧气。我们在这个容器当中燃烧木材。但燃烧结束后,我们再对这个容器进行称重,我们就会发现这个容器的质量“几乎”是没有发生变化的。因为此时的生成物都在容器内,没有离开这个系统,即便是气体,也是有质量的,整个过程质量“几乎”是不变的。

这也就是说,之所以我们看到平时燃烧时,质量发生损失,这部分损失的质量主要来自于气体生成物,二氧化碳、一氧化碳、硫化物、氮化物等。

热量也有质量

就像上文我说到的,整个系统只是质量“几乎”不变。实际上,如果我们的仪器精度足够高,那就会发现,这个系统的质量并不变完全不变的,而是会微微地减小,减少的程度几乎是在小数点后十多位才出现的。那这部分损失的质量只是系统误差吗?

实际上,并不是这样的。这部分损失的质量也是可以用我们如今的理论来解释的。这个理论就是大名鼎鼎的质能等价理论。

1905年,爱因斯坦发表了狭义相对论,并且在这个理论当中统一了时间和空间。随后,也就是在这一年,他发表了质能等价理论,在这个理论当中他提出了他的另外一个洞见,统一了质量和能量。他认为质量和能量其实是同一个东西的两个面,质量还里有能量,能量里也还有质量,或者我们可以说质量和能量是不能被独立开来的,有质量就会有能量,有能量就会质量。举个例子,我们知道,原子弹爆炸,反应前后的质量会发生损失,这部分质量其实是以能量的形式释放出来的,倘若我们把这部分能量收集起来,会发现恰好等于损失的质量。这个质量和能量的等价关系就可以用E=mc^2来表述。

而木材燃烧实际上是一个释放能量的过程,在这个过程中会有许多的热量产生。所以,夜晚点上篝火能取暖的原因就在这里。

按照爱因斯坦的质能等价理论,我们就知道,这部分热量其实也就是能量,他是对应着质量的,对应关系就是:m=E/c^2。

其中m是损失的质量,E是释放的热量,c就是光速。因为光速c=3*10^8m/s,因此m=E/(9*10^16),也就是说,释放出的热量所对应的质量很小很小。所以,我们才感受不到有这部分的质量损失,但实际上这部分的质量损失是存在的。